W波段行波管及卫星通信系统应用前景

为了满足卫星系统对通信容量日益增长的需求,W波段已经成为空间通信应用中的前沿。对于高功率放大器,w波段行波管在输出功率和工作带宽方面具有优势,国内的W波段连续波和脉冲行波管在功率和带宽等主要技术指标上已经达到国际先进水平,希望进一步提高器件的实用化程度和可靠性,促进W波段卫星通信系统的研究,为我国下一步高频率宽带卫星通信系统达到国际先进水平提供自主可控的核心电子元器件产品。     

基于联合滤波的卫星姿态确定

对由星敏感器、陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的组合姿态确定系统,建立了卫星确定系统模型、子系统滤波方程。基于信息融合设计了改进的联合滤波,讨论了信息分配因子确定,给出了改进的系统滤波流程。仿真结果表明：改进后卫星姿态确定的算法有能效提高卫星姿态的估计精度。     

摄动条件下椭圆轨道卫星相对运动研究

基于严格定义的相对轨道要素,考虑非球形引力、大气阻力和三体引力等摄动力的影响,用拟平均根数法添加相关摄动项,推导了椭圆轨道摄动条件下无奇点的卫星近距离相对运动模型。分析了考虑摄动力的影响时相对轨道要素的特性,并据此分析了各摄动力对卫星相对运动轨道预报精度的影响,比较了有无摄动的相对运动模型与精确解间的误差。算例验证了方法与结果的正确性和有效性。研究结果完善了相对轨道要素的基本理论,并将其适用范围拓展至摄动条件下的椭圆基准轨道卫星相对运动研究领域。     

一种基于推进剂消耗优化的卫星小推力器布局设计

针对小推力器安装角度对卫星南北位置保持、东西位置保持和姿态控制效率的影响,从而决定推进剂需求量,提出一种推进剂消耗过程耦合建模与求解方法,并建立了小推力器安装角度优化模型。该方法采用定点迭代对转移轨道阶段推进剂消耗量和静止轨道阶段推进剂消耗量与贮箱尺寸之间耦合过程进行解耦,并建立了不同阶段推进剂消耗量估算模型。以卫星寿命期推进剂需求量最少为优化目标,建立了小推力器布局优化模型。通过实际的小推力器布局设计实例,分别采用遗传算法和序列径向基函数代理模型（SRBF）优化策略进行优化。优化结果表明相比于基于经验设计,SRBF可以有效地降低推进剂需求量,而且对比遗传算法,优化效率得到了显著提高。     

SaclTCP:基于跨层设计的卫星网络传输协议

卫星网络大时延、高误码率及链路不对称等特点,使得TCP/IP协议无法提供令人满意的服务。针对卫星网络的特点,设计了SaclTCP协议,采用跨层设计思想减少层次网络的冗余性,实时获取网络状态信息。协议根据链路层反馈的有效带宽信息准确地设定拥塞窗口门限阈值;在网络层对路由器缓冲队列进行管理,计算网络发生拥塞的概率并发送显示拥塞通知反馈给发送方传输层;还可区分丢包原因,避免由于传输错误造成的发送窗口减小。实验结果表明与传统协议相比,极大提高了传输性能。     

非平衡状态下星载三维激光雷达图像畸变研究

激光雷达是飞行器软着陆的重要辅助手段,在飞行器降落过程中它可以实时、精确、快速地确定星体表面局部区域的特征地形。但是,在扫描成像过程中它的载荷平台会有微小的震动,这种非平衡状态会导致由激光雷达获取的点云图像发生一定的畸变。结合激光雷达成像原理和误差传播理论分析了平台稳定性对三维激光雷达成像的影响,研究了在不同扫描周期内三维激光雷达图像变形。实验结果表明,除了受到仪器本身测量精度的影响之外,激光雷达获取图像质量还与扫描时间、成像区域密切相关。利用高分辨率的星载测时与测姿装置可以修正系统性的地形畸变,但是仪器误差也会引入到纠正后的图像之中。按照现有的平台姿态测量水平,控制激光雷达成像时间是它辅助导航着陆能否成功的关键。     

基于地理位置信息的无收敛多测度卫星网络路由算法研究

设计了一种基于地理位置信息的无收敛多测度的卫星网络路由算法CFR,算法根据地理位置关系、延迟和链路丢包率三种测度计算路由,满足不同应用的服务质量要求.当有数据到达时,卫星根据地理位置关系、网络拓扑和链路状态实时计算数据传输路径,避免了路由收敛过程.在此基础上,为有效均衡卫星网络负载,卫星将链路负载信息通告给数据传输路径上各颗卫星,卫星根据负载调节数据传输路径,有效地均衡了网络负载,减少了数据丢失,增加了吞吐量.     

空间信息网的分布式证书撤销机制

针对以卫星网络为核心的空间信息网分析其安全隐患与安全目标,提出使用公钥证书机制作为其基本安全机制。根据空间信息网没有中心节点这一特点,给出了一种分布式证书撤销算法及其具体实现细节。该算法中任意节点可以对异常节点发起撤销指控,当指控量达到一定门限值时撤销异常节点的证书。网络中的节点只需维护两张表以标识全网节点证书状态,极大地减少了通信量。该算法可以防止被撤销节点发起有效指控,并且能够以很高的概率抵抗恶意节点的非法指控攻击。     

GNSS导航信号体制兼容性分析

导航信号体制设计是卫星导航系统设计的重要方面。文中结合Compass、GPS和Galileo系统信号体制设计,分析了Compass系统拟采用的调制方式性能及与其他卫星导航系统的兼容性能,仿真了最坏接收情况下的Galileo系统的授权信号增强对Compass系统部分信号的性能影响。     

基于气浮台的编队飞行地面试验建模与鲁棒控制器设计

为分析验证卫星编队飞行涉及的相对导航、制导与控制以及星间通信等问题,搭建了编队飞行的地面试验系统,采用了一块3m×4.5m的气浮平台和具有两个平动自由度和一个转动自由度的卫星仿真器分别来模拟低阻力的空间环境和编队飞行的卫星,相对导航采用了视觉相机和室内GPS两种方案,星间通信则通过蓝牙进行模拟。推导了描述仿真器间相对运动的包含参数不确定性的动力学模型,并基于此模型设计了带极点配置的鲁棒H∞控制算法,通过姿态同步和构型保持等仿真实验重点对编队飞行的相对导航、星间通信和相对状态控制进行分析验证,对实际的编队任务具有一定的参考和指导意义。